物理教学课件第二节磁场对运动电荷的作用洛仑兹力PPT.ppt

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1、方向：即以右手四指方向：即以右手四指 由经小于由经小于 的角弯向的角弯向方向，拇指的指向就是正电荷所受方向，拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹力的方向洛仑兹力的方向。第二节第二节 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用-洛仑兹力洛仑兹力 （Lorentz force)霍 耳 效 应霍耳效应（霍耳效应（Hall effect)I霍耳电压霍耳电压霍耳霍耳系数系数+-I+-P 型半导体型半导体+-霍耳效应的应用霍耳效应的应用2 2）测量磁场测量磁场霍耳电压霍耳电压1 1）判断半导体的类型判断半导体的类型+-N 型半导体型半导体-I+-第三节第三节 磁场对载流导线的作用（磁场对载流导线的作用（Ampe

2、re force)S洛伦兹力洛伦兹力安培定律安培定律 磁场对电流元的作用力磁场对电流元的作用力一、安培力一、安培力 有限长载流导线所有限长载流导线所受的安培力受的安培力 安培定律安培定律 意义意义 磁场对电流元作用的力，在数值上等于磁场对电流元作用的力，在数值上等于电流元电流元 的大小、电流元所在处的磁感强度的大小、电流元所在处的磁感强度 的的叉乘值。叉乘值。例题例题 求处在均匀磁场求处在均匀磁场B B中、形状如图所示、通有电流中、形状如图所示、通有电流I I的刚性导线所受的安培力。的刚性导线所受的安培力。解：两端长为解：两端长为l的直线所受的安培力竖直向下，其大小的直线所受的安培力竖直向下，

3、其大小 半圆形导线上任意电流元所受的安培力方向沿径向指半圆形导线上任意电流元所受的安培力方向沿径向指向圆心向圆心O O，大小为：，大小为：将将dF分解为水平分量和竖直分量分解为水平分量和竖直分量 由于电流分布的对称性，水平分量的积分为零，整个半圆导由于电流分布的对称性，水平分量的积分为零，整个半圆导线所受的合力方向竖直向下，大小为：线所受的合力方向竖直向下，大小为：作用在整个导线上的合力的大小为作用在整个导线上的合力的大小为合力的方向竖直向下。合力的方向竖直向下。M,N O,PMNOPI二、二、磁场对载流线圈的作用磁场对载流线圈的作用 载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩线圈有线圈有N匝时匝时MNOP

4、I M(N)P(O)M(N)IB.IBB+I稳定平衡稳定平衡不不稳定平衡稳定平衡讨讨 论论1 1）方向与方向与 相同相同2 2）方向相反）方向相反3 3）方向垂直）方向垂直力矩最大力矩最大 结论结论:均匀磁场中，任意形状刚性闭合平面通均匀磁场中，任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的力和力矩为电线圈所受的力和力矩为与与 成右手螺旋成右手螺旋0pqq=稳定稳定平衡平衡非稳定平衡非稳定平衡 磁矩磁矩说明：说明：(1)(1)NIS只由线圈本身决定，称为线圈的磁矩只由线圈本身决定，称为线圈的磁矩(magnetic moment),),用用 表示，是个矢量，它的方向表示，是个矢量，它的方向是载流线圈法线方向

5、是载流线圈法线方向,它的大小为：它的大小为：所以线圈在磁场中所受到的磁力矩为所以线圈在磁场中所受到的磁力矩为 （2 2）可推广至任意形状的载流平面线圈，线圈）可推广至任意形状的载流平面线圈，线圈所受的合力为零，但受一力矩的作用。所受的合力为零，但受一力矩的作用。（3 3）载流线圈的这一性质和电偶极子在外电场作）载流线圈的这一性质和电偶极子在外电场作用下的运动很相似，所以又称载流线圈为磁偶极子用下的运动很相似，所以又称载流线圈为磁偶极子（magnetic dipole).).例例1 1氢原子中的电子，以速度氢原子中的电子，以速度v=7106m/s，在半径为在半径为R=5.310-11m的圆周上作

6、匀速圆周运动，试求这电子在的圆周上作匀速圆周运动，试求这电子在轨道中心所产生的磁感应强度轨道中心所产生的磁感应强度B和电子的磁矩和电子的磁矩Pm。（4 4）磁矩磁矩是一个重要的概念，其单位为是一个重要的概念，其单位为安培平方安培平方米米。原子内电子的绕核轨道运动形成环形电流，则环形。原子内电子的绕核轨道运动形成环形电流，则环形电流与电流包围面积的乘积就是电流与电流包围面积的乘积就是电子的轨道磁矩电子的轨道磁矩。解：电子作圆周运动时的速度与半径处处垂直，解：电子作圆周运动时的速度与半径处处垂直，则则B的方向由右手螺旋法则确定的方向由右手螺旋法则确定。电子轨道磁矩为电子轨道磁矩为Pm的方向由右手螺

7、旋法则确定。的方向由右手螺旋法则确定。例例2 2边长为边长为0.2m的正方形线圈，共有的正方形线圈，共有50 匝，通以电匝，通以电流流2A，把线圈放在磁感应强度为，把线圈放在磁感应强度为0.05T的均匀磁场中的均匀磁场中.问在什么方位时，线圈所受的磁力矩最大？等于多少问在什么方位时，线圈所受的磁力矩最大？等于多少？解解得得问问 如果是任意形状载流线圈，结果如何？如果是任意形状载流线圈，结果如何？1.1.相对磁导率（相对磁导率（relative permeability)一、磁介质一、磁介质（magnetic mediummagnetic medium)介质磁化后的介质磁化后的附加磁感强度附加磁

8、感强度真空中某点真空中某点的磁感强度的磁感强度 磁介质中该点磁介质中该点的总磁感强度的总磁感强度第四节第四节 物质的磁性物质的磁性2.2.磁介质磁介质(magnetic mediummagnetic medium)的分类的分类1.1.顺磁质（顺磁质（paramagenetic substance)2.2.抗磁质（抗磁质（diamagnetic substance)3.3.铁磁质（铁磁质（ferromagnetic substance)二、二、有磁介质有磁介质(magnetic mediummagnetic medium)存在时的磁场存在时的磁场1.1.磁介质中的毕奥磁介质中的毕奥-萨伐尔定律萨

9、伐尔定律或或2.2.磁场强度磁场强度(magnetic field strength)毕奥毕奥-萨伐尔定律可变为：萨伐尔定律可变为：令令则则说明：说明：A.A.当起磁电流当起磁电流I已知，介质中的磁感应强度与介质有关。已知，介质中的磁感应强度与介质有关。B B.C:C:磁场强度是一个与磁介质无关的矢量，它的方向磁场强度是一个与磁介质无关的矢量，它的方向和磁感应强度方向相同；它是为了讨论问题的方便而和磁感应强度方向相同；它是为了讨论问题的方便而引入的一个辅助物理量。引入的一个辅助物理量。D:D:单位：单位：A/m。3.3.磁介质中的载流长直螺磁介质中的载流长直螺线线管内的磁感应强度管内的磁感应强

10、度单位长度绕单位长度绕n匝的空心长直螺线管，电流为匝的空心长直螺线管，电流为I，管内磁，管内磁感应强度大小为：感应强度大小为：如管内充满相对磁导率为如管内充满相对磁导率为 的磁导率，则的磁导率，则 例例11 环行螺线管中心周长环行螺线管中心周长L=10cm,匝数匝数N=200,电流电流I=0.1A,求求(1)(1)管内的磁感应强度和磁场强度；管内的磁感应强度和磁场强度；(2)(2)管内充管内充满满r=4200的磁性物质时的磁性物质时,磁感应强度和磁场强度各是多磁感应强度和磁场强度各是多少？少？解解(1 1)未放入磁性物质时未放入磁性物质时,r=1.在螺绕环中心取与环同心在螺绕环中心取与环同心的圆周为积分路径，可知周长的圆周为积分路径，可知周长为为L=0.1m.根据安培环路定理：根据安培环路定理：(2 2)放入磁介质放入磁介质,r=4200